一种直线运动监测反馈模块、监测系统及天车系统的制作方法

本实用新型涉及一种运动监测反馈模块，具体涉及一种用于直线运动的反馈模块、监测系统以及具有应用该反馈模块的天车系统。

背景技术：

在现有技术中经常需要用到一些通过直线运动进行运输、生产等工作的装置，例如天车、桁架等，在这些直线运动时有时可以直接监测其实际运动位置，直接监测经常会造成布线紊乱等情况。另外，在一些特殊场景，例如热室，用于直接监测的传感器等经常会因辐射而受影响，无法保持其监测的准确性，更不用说有些辐射会造成传感器的损毁、失效，因而，热室内现有直线运动天车系统一般采用带旋转编码器的耐辐射伺服电机进行驱动，断电后天车位置无法保存，每次通电时必须重新回零，因此就需要在各运动轴的极限位置安装耐辐射限位开关作为运动检测原点。为了确保天车定位准确，系统还需进行位置闭环检测，即在各运动轴上设置多个位置检测点，安装耐辐射位移传感器实现位置闭环检测。对于密封性和屏蔽性等级要求较高的热室，不允许热室内部存在任何电气元件及线路时，则天车系统的驱动电机将必须被置于热室外部，各直线运动轴无法安装任何位置传感器。现有天车系统直线运动的驱动、限位归零和位置反馈的方法存在下列弊端：1)会使热室内部存在大量供电线缆和通信线缆，导致热室墙壁上贯穿件和电气插接件的数量增多，严重增加热室密封性、屏蔽性的设计难度和制造成本。2)天车的驱动电机及传感器置于热室内部，一旦出现故障需要维护检修时，由于人员不能进入放射性环境，所有操作都需通过主从机械手等远程操作装置实现；而主从机械手的末端操作器只可完成夹紧、张开动作，对于失效电机和位置传感器的拆卸、安装、电气接插件插拔等精细操作，基本难以顺利完成，大大降低了设备的维修性。3)若不安装传感器，天车系统则只能通过在各运动轴的极限位置设置挡块以进行机械限位，这样天车系统的各运动轴运动归零的原点并不明确，容易在极限位置出现撞击导致损伤，安全性很难保证，而且也无法实现闭环位置控制，严重影响天车系统的定位精度和重复定位精度。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种可实时监测直线运动状态的直线运动监测反馈模块，无需在原直线运动轴上添加任何传感器等电气元件，就能使天车各运动轴具有明确的归零原点，运动至极限位置时自动限位停止，并对天车运动进行位置闭环反馈，提高运行精度。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本实用新型实施例的第一方面，提供了一种监测反馈模块，包括：传动齿轮组、反馈传动机构、丝杆、滑块和位移传感器；

其中，所述传动齿轮组包括主动齿轮和被动齿轮，所述主动齿轮设置在直线运动装置的驱动组件的传动轴上，所述被动齿轮与反馈传动机构的一端连接并以一定齿轮比与主动齿轮啮合；所述反馈传动机构的另一端连接丝杆，所述丝杆上设置有滑块，所述滑块在丝杆的驱动下直线运动；所述位移传感器与所述丝杆平行设置，并监测滑块的位移数据。

优选地，i1×i2＝l1/l2，其中，i1为传动齿轮组的速比，i2为反馈传动机构的速比，l1为直线运动轴的行程，l2为滑块的行程。

在根据本实用新型的一个实施例中，所述滑块上设置有触发块，所述滑块位移行程的两端分别设置初始限位开关和终止限位开关，所述触发块触碰到初始限位开关时，直线运动装置位于直线运动的起始位置；所述触发块触碰终止限位开关时，直线运动装置位于直线运动的终点位置。

在根据本实用新型的一个实施例中，所述位移传感器还包括位移反馈模块，所述位移反馈模块与直线运动装置的控制模块通讯连接。

本实用新型还提供了一种用于隔离环境中监测直线运动状态的监测系统，所述监测系统包括：上述的监测反馈模块以及直线运动轴驱动装置；所述监测系统设置有与直线运动轴对应数量对应的监测反馈模块和直线运动轴驱动装置；

其中，所述直线运动轴驱动装置包括电机和传动轴，电机设置在隔离墙面外侧，所述传动轴一端连接电机，另一端穿过隔离墙面与设置在隔离墙面内侧的直线运动轴连接；所述监测反馈模块设置在隔离墙面外侧，并且传动齿轮组的主动齿轮固定在所述传动轴上。

在根据本实用新型的一个实施例中，所述直线运动轴驱动装置还包括控制模块，所述控制模块与各自对应的监测反馈装置通讯连接。

本实用新型进一步提供了一种用于热室的天车系统，包括设置在热室内的直线运动轴、设置在热室外壁的驱动装置以及上述的监测反馈模块；

其中，所述直线运动轴为多个，所述驱动装置和监测反馈模块的数量与所述直线运动轴的数量相对应；所述驱动装置的传动轴穿过热室的屏蔽墙与各自对应的直线运动轴连接，每个所述驱动装置的传动轴上分别固定连接各自对应的监测反馈模块的主动齿轮。

本实用新型通过与直线运动轴并联的传动机构将直线运动装置的实际运行状态等比例同步复现，并对直线运动轴的运动状态进行实时监测反馈。因此只需要控制监测反馈系统的运动状态，就能够实现对直线运动装置的运动控制，尤其是应用在热室等隔离环境时，无需在热室的内部添加任何传感器等电气元件，使天车等直线运动装置的各运动轴具有明确的归零原点，运动至极限位置时自动限位停止，并对天车运动进行位置闭环反馈，提高运行精度，实现了对直线运动装置尤其是天车系统的位置闭环反馈。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据本实用新型的监测直线运动状态的监测反馈模块的一个实施例的结构示意图；

图2是根据本实用新型的监测直线运动状态的监测系统的局部结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本实用新型的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“实用新型”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的实用新型，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个实用新型或实用新型构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种监测直线运动状态的监测反馈模块和直线运动轴驱动装置的一种组合形式，如图1所示，在此实施例中监测反馈模块和直线运动轴驱动装置并行设置，所述直线运动轴驱动装置112包括电机和传动轴111，传动轴111一端连接电机，另一端穿过隔离墙面与设置在隔离墙面内侧的直线运动轴连接；所述监测反馈模块设置在隔离墙面外侧，直线运动轴驱动装置112通过传动轴111将动力输送到直线运动轴，以驱动直线运动轴转动。如图1所示的，监测反馈模块，包括：传动齿轮组、反馈传动机构103、丝杆104、滑块105和位移传感器106。其中，所述传动齿轮组包括主动齿轮101和被动齿轮102，主动齿轮101设置在用于驱动直线运动装置的传动轴111上，而被动齿轮102以一定齿轮比与主动齿轮101啮合并且与反馈传动机构103的一端连接。该反馈传动机构103可以与被动齿轮102连接的转动轴，也可以是由多级齿轮啮合构成的减速装置，例如，反馈传动机构通过采用的是一个行星减速器获得50倍的速比，设定传动齿轮组的速比为i1＝2.4，反馈传动机构的速比为i2＝50，监测反馈模块相对于直线运动轴的总速比i＝i1×i2＝125，由于直线运动轴和监测反馈模块的驱动输入转速相同，因而两者的运行速度比例为125，也就是说直线运动轴的行程l1为监测反馈模块的滑块行程l2的125倍。从而可以进一步精细调整减速效果，从而更精确的反馈直线运动状态。在反馈传动机构103的另一端连接丝杆104，在丝杆104上设置有滑块105，滑块105在丝杆104的驱动下直线运动，以同步反映直线运动装置的运动状态；而位移传感器106与丝杆104平行设置，并监测滑块的位移数据，从而有效的反馈并控制直线运动装置的运动状态。如图1所示的，滑块105上还设置有触发块108，而在滑块105沿着丝杆滑动的位移行程的两端分别设置初始限位开关109和终止限位开关110，当触发块108触碰到初始限位开关109时，直线运动装置邻近其直线运动的起始位置；而当触发块108触碰终止限位开关110时，直线运动装置邻近其直线运动的终点位置，从而可以避免直线运动装置与其自身的限位装置产生猛烈的碰撞。进一步地，位移传感器106还可以包括位移反馈模块，所述位移反馈模块与直线运动装置的控制模块通讯连接。位移传感器106可以包括探头106和传感器本体，如图1所示的，探头107设置在滑块105上，该探头107延伸到位移传感器本体处并与位移传感器本体接触，从而可以通过电阻、电压或电流等变化灵敏的监测位移情况。上述监测系统中直线运动轴驱动装置与监测反馈模块并行设置是一种优选方案，在该优选方案可以驱动外置的应用于隔离环境，例如热室，从而使电路、传感器等不会受到辐射的影响或损伤。应当理解，在开放式环境下使用时，也可以采用另外的实施方案，例如直线运动轴的驱动装置将传动轴延长一些以安装主动齿轮。

图2所示为根据本实用新型的用于隔离环境中的监测直线运动状态的监测系统的局部结构示意图，在此实施例中，隔离环境为热室，执行直线运动的装置为天车。如图2所示，在此实施例中该监测系统包括：分别对应天车的X轴、Y轴和Z轴三个直线运动轴的X轴驱动装置201、X轴监测反馈模块202、Y轴驱动装置203、Y轴监测反馈模块204以及Z轴驱动装置205、Z轴监测反馈模块206。如图2所示的，X轴驱动装置201、Y轴驱动装置203、Z轴驱动装置205各自的传动轴分别穿过热室隔离墙体200，与天车207的X轴、Y轴和Z轴连接，以驱动天车沿着X轴、Y轴或Z轴运动，而传动轴同时驱动对应的监测反馈模块的主动齿轮转动，而主动齿轮驱动被动齿轮从动转动，通过设置一定的齿轮比的减速效果，使监测反馈模块的反馈传动机构以一定的速率转动，进而驱动丝杆转动，而丝杆将驱动滑块沿着丝杆滑动，通过齿轮比的减速效果，使滑块的滑动行程与对应直线运动轴上的天车的行程相对应，从而可以直观的通过滑块的运动状态反映天车的运动状态。当然，应当理解，监测反馈模块和驱动装置的数量与实际应用中直线运动轴的数量是一致的，可以是仅有X轴和Y轴，也可以根据需要设置更多的数量。进一步地，直线运动轴驱动装置还包括控制模块，控制模块与各自对应的监测反馈装置通讯连接，从而及时根据监测反馈装置监测到的滑块运动状态及时调整直线运动轴的运动状态。当然，隔离环境并不仅限于热室，而直线运动轴也不限于天车，例如，也可以应用于桁架机器人的运动轴，或者手臂机器人的运动轴的监测。

本实用新型进一步提供了一种热室内天车的实时运动的监测方法，包括：

设定一定的齿轮比使滑块行程以一定比例对应于相应的天车直线运动轴的位移行程；

滑块行程的两端设定分别对应于相应的天车直线运动轴的初始位置和终止位置的起始点和终止点；

通过位移传感器检测读取滑块的绝对位移，进而计算天车在对应的直线运动轴上的实际位置。

在根据本实用新型的一个实施例中，该监测方法还包括：当天车邻近某一直线运动轴的初始位置时，对应滑块上的触发块触碰对应的初始限位开关，对应的位移传感器将位移数据归零。在根据本实用新型的一个实施例中，该监测方法还包括：当天车运动到邻近某一直线运动轴的终点时，对应滑块上的触发块触碰对应的终止限位开关，对应的位移传感器向控制模块发出终点信息，控制模块在收到终点信息后停止驱动天车在该直线运动轴上继续向终点方向运动。在根据本实用新型的一个实施例中，该监测方法还包括：通过监测滑块的位移实时反馈天车的实际位置，并协调天车在不同的直线运动轴上的运动路线。通过对运动路线的优化设计，减少天车运动的能耗和转载时间，进而提升工作效率。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。